微地震技術在采礦安全監測中的應用分析

孫貴林

（重慶華地工程勘察設計院，重慶 400042）

1 前言

微地震監測技術是記錄地下發生的微地震、地下裂縫、應力狀態以及壓力分布等進行判別的技術，地震在我國分布范圍較為廣泛，震級越小則頻率越高，尤其是-2級以下震級的微地震在地下十分普遍，微地震一旦發生后會對煤礦企業的安全生產帶來很大影響。礦山生產過程中十分容易發生微地震，而人們能監測到的微地震并不是人為因素引發的，因此，微地震監測技術在實際應用中也被稱為無源微地震監測技術，國內主要使用地面監測技術對采礦安全生產進行監測，同時隨著微地震技術的不斷發展，其已被廣泛運用到可容性礦開采、礦山安全預測等領域，對強化煤礦企業的安全生產及生產效率有著重要的現實意義。

2 微地震簡介

現代化礦井在安全生產過程中要求其必須具備自動安全監測系統，徹底改變傳統上依靠人工測試、人工判斷預報等監測方法，國際上研制出了能夠在三維空間內實測、鑒別巖體破裂的微地震監測系統，這對提高礦山采礦安全監測工作的效率及質量有著重要作用，同時也可以在很大程度上降低測試人員的工作強度，對促進煤礦產業在新時期的良性發展有著重要作用。很多材料在承受荷載時都會有聲發射現象，所謂的聲發射反射現象是指材料在外界應力的作用下，將材料內部產生局部彈塑性能集中的現象，當材料內部集聚到一個特定的臨界值后，便會引起材料微裂縫的產生與擴展，微裂縫的產生與擴展過程中會伴隨著彈性波或應力波的傳播，這便導致材料在實際上產生了聲反射現象。相對于較大尺寸的巖體產生聲反射現象，在地質學中將這種現象稱為微地震，并且在周圍巖體快速釋放和傳播，在一般情況下微地震所產生的信號強度相對較弱，人類的耳朵是不能接收到這種信號的，但是可以借助靈敏的電子儀器來對微地震進行監測。礦山企業在生產過程中的巖石中錯位會產生較低水平的微地震，而孿晶、顆粒界面的移動，裂縫的產生和傳播等都會導致其產生較為宏觀的微地震，只有對微地震進行準確、有效的監測，才能確保礦山企業的安全生產工作及提高其整體生產效率。

3 礦山安全開采微地震監測

礦山在開采過程中隨著開采深度的不斷增加，地壓、瓦斯以及地下承壓水等安全問題便會十分突出，微地震技術在解決這些問題過程中有著重要的作用，沖擊地壓會對采礦安全帶來很大影響，沖擊地壓在發生時會導致煤塊以很高的速度飛入巷道，這會對礦山施工人員的生命安全帶來很大威脅，同時也會使礦山施工設備受到嚴重損壞。根據相關統計數據顯示，由砂礫巖等關鍵層破裂引起的礦震占礦震總數量的50%左右，只有很少一部分礦震在出現后導致了沖擊地壓，這便說明了礦震與沖擊地壓兩者之間有著本質性差別，但是二者都是由于地球內部物理破壞相聯系的巖體穩定性問題，而且二者在發生之后都會在短時間內釋放出大量的應變能。巖石破裂主要有張破裂和剪破裂兩種形式，其中張破裂是由爆炸、洞塌陷以及震源車震動等原因引起的，其在發生時的信號特征是對所有方向進行推動或拉動，而且在張破裂發生時只會產生縱波。與震源有一定距離的波動傳播到達地表時，所有道都具有相同的相位。剪破裂信號的主要特征是各分量在不同站相位存在很多差異性，同時水平分量的記錄相位也會存在一定差異，導致這一現象的主要原因是受到臺站位置影響。在礦山開采過程中為了更好的對較大破裂進行定位，可以利用三分量的儀器對其進行觀測及數據處理，這樣才能幫助礦山企業更好地對采礦安全進行監測。

4 礦山安全監測中的應用

地震預報過程中最主要的技術就是“以震報震”，通過這種方式可以更好的預防地震災難，在宏觀地震領域中，以震報震的技術在實際應用中很少有成功的事件，這是因為地震中的大震和小震有可能出現在同一個地理位置中，但是其在本質上并不是處于同一個深層面，小震和大震之間彼此深度的距離差相對較大。震區介質參數、物理條件等都是無法運用人眼對其進行觀察，但是我們可以通過一些物理現象對其進行推測，而這種使用推測而獲取的結果，可靠性、準確性以及科學性相對較低。礦山地震與其他地震存在很大差異性，礦山監測到的微地震有可能與礦層處于同一個深度，預測層深度的物理條件、介質參數等可以通過儀器直接對其進行測量、觀察。在礦山生產領域中，運用微地震技術來預報較大地震的可行性很高，在國外一些發達國家中，在運用以震報震的方法時，使用0級以下的地震來預報0級以上地震的現象十分普遍，而且根據國外的使用案例可以發現，以微地震來預報較大地震的成功率可以高達50%左右，如果國內礦山生產領域可以充分利用這一技術，那么對加強礦山企業的安全生產有著重要作用。

5 微地震技術的實際應用

本文為了確定微地震技術在實際應用中的可行性，針對微地震監測開展了一項試驗，微地震事件的觀測主要是通過先進的檢測系統，觀察系統主要是由3個三分量檢波器為主，微地震檢測儀是本次試驗過程中的核心設備。試驗結果證明，微地震技術在實際應用中可以有效確定煤礦生產中斷裂帶及垮塌帶的準確位置，并可以有效揭示出采煤工作面周期來壓、斷裂帶與垮塌帶的邊坡角、地下應力場的分布規律等，同時在使用微地震技術在對礦山生產進行監測過程中，其具有投資少、費用低、精確度高等特點，所以其在礦山生產領域中有著十分廣闊的應用前景。試驗結果還證明，不同礦區、不同地質條件、不同采煤方法所導致的微地震特征存在很大差異性，所以在實踐過程中要根據這一特點對其進行區別對待，不可能所有礦區在應用過程中都使用同一標準。

結語

微地震監測技術是一個廣泛應用到煤礦安全生產領域的新技術，國內外很多企業都在大力發展這一技術，其對保證煤礦企業的安全生產有著重要作用，可以減少煤礦生產中因微地震而導致的不良影響，這對提高煤礦生產企業的經濟效益有著重要作用。

[1]張興民.微地震監測技術在礦井災害防治中的應用[J].金屬礦山.2013（12）.

[2]金維浚.微地震監測技術及應用[J].地震.2013（10）.